| 【発明の名称】 |
鋳型および鋳型の製作方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】大 橋 孝 行
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| 【要約】 |
【課題】従来の鋳物砂製の鋳型では、鋳造時の熱により有機材料であるバインダが燃焼分解し、その分解ガスが鋳造品の欠陥や異臭の原因となっていた。
【解決手段】鋳物砂に対して無機材料を成分とするバインダを用いたことにより、鋳造時の熱でバインダの燃焼分解が発生しない鋳型とし、分解ガスによる鋳造品の欠陥や異臭の発生を解消した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 鋳物砂製の鋳型であって、鋳物砂に対して、無機材料を成分とするバインダを用いたことを特徴とする鋳型。
【請求項２】 バインダの無機材料が水溶性を有することを特徴とする請求項１に記載の鋳型。
【請求項３】 バインダが硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムを成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載の鋳型。
【請求項４】 バインダの硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムの混合比率は、硫酸カルシウムを３５〜９５％とし、残部を硫酸マグネシウムとしたことを特徴とする請求項３に記載の鋳型。
【請求項５】 鋳物砂製の鋳型を製作するに際し、鋳物砂と水溶性の無機材料を成分とするバインダと所定量の水を混合し、この混合物で鋳型形状を造型したのち、造型物を乾燥させて鋳型とすることを特徴とする鋳型の製作方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋳物砂製の鋳型および鋳型の製作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来において、例えばシェル鋳型を製作するには、鋳物砂（珪砂が多い）の表面にバインダであるフェノール樹脂をコーティングしたレジンコーテッドサンドと呼ばれるものを用い、２５０〜３００℃に加熱した成形用金型に対して空気圧等によりレジンコーテッドサンドを吹き付け、フェノール樹脂の熱硬化により鋳物砂同士を固着させて鋳型を形成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したような従来の鋳型にあっては、バインダであるフェノール樹脂が有機材料であるため、鋳造時において溶湯の熱によりバインダが燃焼分解し、その分解ガスが溶湯中に入り込んで鋳造品の欠陥になることがあると共に、分解ガスの異臭によって作業環境が悪くなるという問題があり、このような問題を解決することが課題であった。
【０００４】
【発明の目的】本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、鋳造時における分解ガスの発生を解消することができる鋳型およびその鋳型の製作方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる鋳型は、請求項１として、鋳物砂製の鋳型であって、鋳物砂に対して、無機材料を成分とするバインダを用いた構成とし、請求項２として、バインダの無機材料が水溶性を有する構成とし、請求項３として、バインダが硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムを成分とする構成とし、請求項４として、バインダの硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムの混合比率は、硫酸カルシウムを３５〜９５％とし、残部を硫酸マグネシウムとした構成としており、上記の構成を課題を解決するための手段としている。
【０００６】本発明に係わる鋳型の製作方法は、請求項５として、鋳物砂製の鋳型を製作するに際し、鋳物砂と水溶性の無機材料を成分とするバインダと所定量の水を混合し、この混合物で鋳型形状を造型したのち、造型物を乾燥させて鋳型とする構成としており、上記の構成を課題を解決するための手段としている。
【０００７】なお、上記構成における鋳型には中子も当然含まれる。また、請求項４において、硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムの混合比率として、硫酸カルシウムを３５〜９５％としたのは、混合比率を３５％よりも小さくあるいは９５％よりも大きくすると、バインダとしてフェノール樹脂を用いた従来の鋳型に対して強度が低下するからであり、硫酸カルシウムの混合比率を３５〜９５％とすることにより、従来の鋳型と同等あるいはそれ以上の強度が得られるからである。
【０００８】
【発明の作用】本発明の請求項１に係わる鋳型では、鋳物砂に対して無機材料を成分とするバインダを用いているので、鋳造時の熱でバインダが燃焼分解することがなく、鋳造品の欠陥や異臭の原因となる分解ガスの発生が解消される。
【０００９】本発明の請求項２に係わる鋳型では、バインダの成分である無機材料が水溶性を有するので、鋳型を水に浸漬するとバインダによる鋳物砂同士の固着作用が失われ、鋳型は容易に崩壊する。
【００１０】本発明の請求項３に係わる鋳型では、硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムを成分とするバインダを用いることにより、請求項１および２と同様に、鋳造時の熱によりバインダの燃焼分解が生じないと共に、水への浸漬により鋳型が容易に崩壊する。
【００１１】本発明の請求項４に係わる鋳型では、バインダの硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムの混合比率として、硫酸カルシウムを３５〜９５％とし、残部を硫酸マグネシウムとしたので、例えば、バインダとしてフェノール樹脂を用いた従来の鋳型と同等あるいはそれ以上の強度となる。
【００１２】本発明の請求項５に係わる鋳型の製作方法では、鋳物砂製の鋳型を製作するに際し、鋳物砂と水溶性の無機材料を成分とするバインダと所定量の水を混合し、この混合物で鋳型形状を造型したのち、造型物を乾燥させて鋳型とするので、これにより得られた鋳型は、鋳造時の熱によりバインダの燃焼分解が生じないと共に、水への浸漬により容易に崩壊する。
【００１３】
【発明の効果】本発明の請求項１に係わる鋳型によれば、鋳物砂に対して無機材料を成分とするバインダを用いたことから、鋳造時の熱でバインダが燃焼分解することがなく、鋳造品の欠陥や異臭の原因となる分解ガスの発生を解消することができ、これにより鋳造品の品質を高めることができると共に、作業環境を良好なものにすることができる。
【００１４】本発明の請求項２に係わる鋳型によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、水溶性の無機材料の採用により、使用後の鋳型は水に浸漬することによって容易に崩壊させることができ、鋳物砂の回収および再利用にきわめて容易に対処することができる。
【００１５】本発明の請求項３に係わる鋳型によれば、硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムを成分とするバインダを用いたことから、１１００℃程度の熱に充分に耐え得るものになると共に、請求項１と同様に、分解ガスの発生を解消して、鋳造品の品質や作業環境を向上させることができ、また、請求項２と同様に、使用後の鋳型は水に浸漬することで簡単に崩壊させることができ、鋳物砂の回収および再利用にきわめて容易に対処することができる。
【００１６】本発明の請求項４に係わる鋳型によれば、請求項３と同様の効果を得ることができるうえに、バインダの硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムの混合比率において硫酸カルシウムを３５〜９５％としたことから、例えば、バインダとしてフェノール樹脂を用いた従来の鋳型と同等あるいはそれ以上の強度を得ることができる。
【００１７】本発明の請求項５に係わる鋳型の製作方法によれば、鋳物砂製の鋳型を製作するに際し、鋳物砂と水溶性の無機材料を成分とするバインダと所定量の水を混合した混合物で鋳型形状を造型し、造型物を乾燥させて鋳型とするので、これにより得られた鋳型は、請求項１と同様に、鋳造時において鋳造品の欠陥や異臭の原因となる分解ガスの発生を解消することができ、これにより鋳造品の品質や作業環境の向上を実現することができると共に、使用後の鋳型は水に浸漬することによって崩壊させることができるので、鋳物砂の回収および再利用にきわめて容易に対処することができる。
【００１８】
【実施例】図１は、本発明に係わる鋳型および鋳型の製作方法の一実施例を説明する図である。
【００１９】鋳型を製作するには、まず図１（ａ）に示すように、成形用金型１の表面に、鋳物砂とバインダと水との混合物Ａをブロー装置２で吹き付ける。成形用金型１は、その周囲にフレーム３を備えている。鋳物砂としては、珪砂を用いている。また、バインダとしては、水溶性の無機材料を成分とするものが用いられ、具体的には、硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムを用いている。このとき、硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムの混合比率は、硫酸カルシウムを３５〜９５％とし、残部を硫酸マグネシウムとしている。
【００２０】成形用金型１の表面に所定量の混合物Ａを吹き付けて鋳型形状を造型した後には、適宜加熱を行い、図１（ｂ）に示すように造型物Ｂを乾燥させる。この乾燥過程において、水分の除去に伴って鋳物砂同士がバインダにより固着する。そして、最終的には、図１（ｃ）に示すように、フレーム３の取り外し等を行い、造型物Ｂを鋳物砂製の鋳型Ｃとして取り出す。
【００２１】このようにして製作された鋳型Ｃは、鋳物砂にフェノール樹脂をコーティングしたレジンコーテッドサンドを用いた従来の鋳型と同等あるいはそれ以上の強度を有すると共に、１１００℃程度の熱に耐え得るものとなっており、例えばアルミニウムの鋳造などに用いることができる。
【００２２】また、鋳型Ｃは、無機材料を成分とするバインダを用いているので、鋳造時の熱によってバインダが燃焼分解することがなく、鋳造品の欠陥や異臭の原因である分解ガスが発生しないものとなっている。さらに、鋳型Ｃは、バインダの成分である無機材料が水溶性を有するので、水に浸漬するだけで簡単に崩壊する。したがって、鋳物砂の回収や再利用を行うこともきわめて容易である。
【００２３】なお、図１には、成形用金型１の表面に混合物Ａを吹き付けて鋳型形状を造型する場合を示したが、この他、成形用金型１に混合物Ａを流し込むことにより、鋳型形状を造型するようにしても良い。
【００２４】ここで、本発明に係わる鋳型および鋳型の製作方法に基づいて、バインダの成分である硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムの混合比率が異なるテストピースを製作し、各テストピースに対する強度試験を行った。
【００２５】まず、図２（ａ）に示す型ごめ装置１１と成形用金型１２を用いてテストピースを製作した。型ごめ装置１１は、角筒体であって、上部内側に、複数の邪魔板１３を互いに平行に備えると共に、邪魔板１３の下位側に、角筒体の外部から挿脱して角筒体の内部を開閉する引戸１４を備えている。成形用金型１２は、角棒状のテストピースを５本形成する複数の分割型１５と、各分割型１５を組合わせた状態に保持するホルダ１６を備えている。
【００２６】そして、鋳物砂として珪砂６号を用い、鋳物砂と、硫酸カルシウムおよび硫酸マグネシウムを成分とするバインダと、水とから成る混合物を成形用金型１２に充填したのち、３５０℃で４時間加熱して水分を完全に除去し、図２（ｂ）に示すように、幅ｗ＝１０ｍｍ、高さｈ＝１０ｍｍ、長さｌ＝６０ｍｍのテストピースＰを製作した。なお、バインダにおいて、硫酸カルシウムの混合比率は０％、２５％、５０％、７５％、９０％および１００％の６種類とした。残部は硫酸マグネシウムである。
【００２７】このようにして、バインダの硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムの混合比率が異なるテストピースを各々５本ずつ製作したのち、高千穂式抗折力試験機のスパン上にテストピースをセットし、荷重ハンドルを１秒に１回転の割合で操作してテストピースの中央に負荷を与え、テストピースが破断したときの荷重を測定した。このとき、テストピースの幅ｗは１０ｍｍ、高さは１０ｍｍ、折力試験機のスパン間隔Ｌは５０ｍｍであり、テストピースが破断したときの荷重をＰ（ｋｇ）とすると、曲げ強さ（ｋｇ／ｍｍ２）は、３ＰＬ／２ｗｈ２で求められる。
【００２８】上記の試験行ったのち、混合比率が異なるテストピース毎の平均値を測定値とした。その結果を次の表に示す。
【００２９】
【００３０】上記の測定値を図３のグラフに示す。なお、図３では、硫酸カルシウムを０％および１００％としたものは、対象外として測定値を０にした。また、従来例として、鋳物砂である珪砂５．５号にフェノール樹脂を０．５％混合して同一寸法のテストピースを製作し、このテストピースの曲げ強さを測定したところ、０．１ｋｇ／ｍｍ２であった。
【００３１】図３から明らかなように、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）と硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）の混合比率として、硫酸カルシウムを３５〜９５％とし、残部を硫酸マグネシウムとすることにより、従来のものと同等あるいはそれ以上の曲げ強さが得られることが判明した。
【００３２】次に、本発明に係わる鋳型のガス発生試験を行った。バインダとして硫酸カルシウムを７５％とし、残部を硫酸マグネシウムとし、これに２倍の重量比で水を加え、さらに、鋳物砂である珪砂６号と混合して、先の試験と同様にテストピースを製作し、ガス発生試験装置において、テストピースを７００℃で１８０秒（アルミニウム鋳物の凝固固相率が約７０％程度に成る時間）加熱した。その結果、ガスの発生は無かった。これにより、当該鋳型によれば、鋳造品の欠陥や異臭の原因となる分解ガスの発生が解消されることを確認した。
【００３３】さらに、本発明に係わる鋳型に用いるバインダの結合強度試験を行った。硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムの混合比率として、硫酸カルシウムを０％、２５％、５０％、７５％、９０％および１００％とした各バインダ５ｇを各々１０ｍｌの水に混合し、その混合液Ｄを注射器で図４に示す金属片２１上に１滴落し、その上にシート２２を載置して、温度２７℃、湿度７０％の環境で４８時間放置した。
【００３４】その後、図４に示すように、金属片２１およびシート２２に各々糸２３，２４を連結すると共に、各糸２３，２４を上下のチャック２５，２６で把持し、５ｍｍ／１ｍｉｎで上下方向に引っ張り、金属片２１とシート２２が分離した際の引っ張り荷重を測定した。
【００３５】その結果、本発明に係わるバインダの硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムの混合比率として、硫酸カルシウムを３５〜９５％とし且つ残部を硫酸マグネシウムとした範囲に含まれるもの、すなわち硫酸カルシウムが５０％、７５％および９０％のバインダにおいて０．２ｋｇ以上の値が測定され、充分な結合強度が得られることが判明した。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）４月２日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】小塩 豊
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２８５７７７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月１９日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−９０３０９ |
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